Tarnowskie Góry, 2009.11.01
Motto: „Jasiu, w dokumentacji kotłów OR16-102 jest bardzo dużo błędów. Wiem, ale ich dokumentacja ma być dostarczona do fabryk w takim stanie w jakim jest.” |
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej ul. Konarskiego 22 44-100 Gliwice |
Opowieść o losie polskiej energetyki zgotowanym jej przez jednego agenta SB.
Część siedemdziesiąta dziewiąta
Powody pozostawienia polskich kotłów rusztowych w stanie zacofania technicznego
z okresu pierwszych lat istnienia Peerelu.
F. Wyjaśnienie powodów trwającej przez ostatnie 20 lat istnienia Peerelu zapaści jego przemysłu kotłowego w dostarczaniu krajowi dobrych konstrukcji kotłów rusztowych - niezależnie od nieopanowania przez ten przemysł produkcji samych palenisk narzutowych - z której ówczesne jego fabryki już później nie wyszły - część dwudziesta dziewiąta
Wyjaśnienie dlaczego zapotrzebowanie na duże kotły rusztowe zamiast unikatowymi w skali światowej konstrukcjami według wynalazku nr 82638, może być pokrywane tylko produkcją technicznych monstrum w rodzaju wyprodukowanego przez „RAFAKO” - Racibórz kotła OR35 dla NZPT w Brzegu, lub „zmodernizowanego” kotła OR32 w OPEC Grudziądz
- część piąta, o skutkach całkowitego odsunięcia inż. J. Kopydłowskiego od udziału w opracowaniu w 1967 r. projektu technicznego kotła typu OR16-101, a w 1968 r. dokumentacji wykonawczej (warsztatowej) kotła OR16-101, od której dokumentacja wykonawcza z 1972 r. kotła typu OR16-102 różniła się tylko rozwiązaniem urządzeń samego paleniska narzutowego - ciąg dalszy.
M. Układ cyrkulacyjny parownika kotła
oraz urządzenia separujące parę z mieszanki paro-wodnej w górnym walczaku.
Podstawowe rozwiązania układu cyrkulacyjnego w kotle OR16-102 (OR16-101) oraz w kotle OR16-110 (przedstawione na Rys. 62 i Rys. 63) są takie same i składają się na niego kontury cyrkulacyjne:
- ekranu tylnej ściany komory paleniskowej,
- ekranów bocznych ścian pierwszego ciągu konwekcyjnego,
- ekranów bocznych ścian komory paleniskowej,
- ekranu przedniej ściany komory paleniskowej i jej stropu.
O podstawowym warunku ich prawidłowej pracy na str. 678 książki prof. Teodora Wróblewskiego p.t. „Urządzenia kotłowe”, PWT, 1960 r., można przeczytać: „Rury ekranu pracują prawidłowo jeżeli spełnione są pewne warunki. Najważniejszymi jest właściwy stosunek przekroju rur ekranu do przekroju rur odprowadzających i opadowych. Zazwyczaj stosuje się:
przekrój rur ekranu do przekroju rur odprowadzających = (2-3) : 1,
przekrój rur ekranu do przekroju rur opadowych = (2,5-4) : 1.”
Przekrój rur opadowych powinien więc wynosić 25 ÷ 40 % przekroju rur ekranowych, a przekrój rur odprowadzających z nich mieszankę paro-wodną do walczaka 33 ÷ 50 % przekroju rur ekranowych.
Z trzech wymienionych elementów konturu cyrkulacyjnego w obu kotłach identyczne jest tylko rozwiązanie:
- rur ekranów bocznych ścian ciągu konwekcyjnego (poz. 7),
- rur ekranów bocznych komory paleniskowej (poz. 4),
- rur pionowego pęczka konwekcyjnego (poz.1) w drugim ciągu konwekcyjnym, łączących górny walczak kotła z dolnym i pełniących funkcję pierwszego odcinka rur opadowych dla wszystkich konturów cyrkulacyjnych kotła, których przekrój 0,334 m2 stanowi aż 78 % przekroju wszystkich rur ekranowych, wynoszącego 0,430 m2 (poz. 4, 7, 13 i 14 Tabeli);
także obecność dwóch poziomych kolektorów (poz. 9) i dwóch komór u dołu przedniego ekranu komory paleniskowej (poz. 13) z łączącymi je rurami (poz.12 ).
Z dolnego walczaka w obu kotłach bezpośrednio zasilane są w wodę tylko wyprowadzone z niego rury ekranu tylnej ściany komory paleniskowej, natomiast rury wszystkich pozostałych ekranów zasilane są w wodę z dolnego walczaka poprzez wyprowadzone z niego dolne komory ekranów ścian bocznych komory paleniskowej (poz. 3) i przez kolektory boczne (poz. 9).
Natomiast całkowicie różnymi są:
1. Rozwiązanie połączenia bocznych kolektorów (poz. 9) z dolnym walczakiem.
W kotle OR16-110 są one połączone ośmioma rurami ø 133 (poz. 8) o łącznym przekroju 0,0920 m2 (poz. 8 Tabeli), przy przekroju samych kolektorów 0,0647 m2 (poz. 9 Tabeli). Większy przekrój rur łączących uzasadnia ich mniejsza średnica, przy której odpowiednio większe są opory tarcia przy przepływie wody przez nie.
Na rys. nr 0-1127121 z marca 1966 r. projektu koncepcyjnego kotła rury te nie były nawet naniesione. W kotle OR16-101 do połączenia kolektorów z walczakiem dolnym zastosowano więc nawet 10 rur, tyle że zaledwie ø 76, co dało ich łączny przekrój zaledwie 0,0283 m2 (poz. 8 Tabeli), a więc 3,25 razy mniejszy od przekroju rur w kotle 0R16-110. Dało to ponad dziesięciokrotny wzrost oporu przepływu przez nie wody, ponieważ te rosną w kwadracie wzrostu prędkości, nie licząc wzrostu oporów tarcia, rosnących proporcjonalnie do obniżania średnicy rury.
2. Rozwiązanie dolnych komór (poz. 3) ekranów ścian bocznych komory paleniskowej.
W kotle OR16-110 zostały one wyprowadzone poza przednią ścianę obudowy przodu rusztu, co pozwoliło na rozwiązanie górnej części tej obudowy w sposób zapewniający swobodne wydłużanie się do przodu kotła pod wpływem temperatury całej komory paleniskowej, na swobodny dostęp do wyczystki umieszczonej w dnie komory oraz na zasilanie w wodę dolnej komory przedniego ekranu komory paleniskowej (rurami poz. 11) w sposób eliminujący osadzanie się w niej mułu, mogące doprowadzić do zniszczenia komory wskutek jej przegrzania (patrz część 70 opowieści i załącznik I).
Rozwiązanie to zapobiegło również gromadzeniu się mułu w przedniej części komór dolnych ekranów bocznych znajdującej się w kotle OR16-102 jeszcze w obrębie komory paleniskowej, z jego ewentualnym osadzaniem się również w przedniej części tych komór, jednak znajdującej się w kotle OR16-110 poza strefą ognia, bo w obrębie obudowy przodu rusztu i z łatwym jego usuwaniem przez zastosowane tam odwodnienie komory.
3. Rozwiązanie dolnych komór ekranu ściany przedniej i stropu komory paleniskowej (poz. 13).
W kotle OR16-102 zostało bezkrytycznie zastosowane rozwiązanie tych komór z koncepcji kotła z marca 1966 r., z zasilaniem komory dolnej z obu jej końców, gdzie w kotle OR16-102 niepotrzebnie zaciągnięto końce kolektorów na średnicę ø 159 o przekroju 0,0303 m2 (poz. 9 Tabeli).
W kotle OR16-110 ekran ściany przedniej i stropu komory paleniskowej zasilany jest przez rury łączące poz. 11 wprowadzone do środkowej części jego komory dolnej oraz z kolektorów bocznych z obu boków komory górnej ø 159, z łącznym przekrojem rur doprowadzających wodę 0,0630 m2, czyli dwa razy większym. Dzięki takiemu również rozwiązaniu, w kotle OR16-110 woda dopływa z dolnych komór ekranów bocznych do dolnej komory ekranu przedniego w środkowej jej części i płynie w kierunku obu jej boków, gdzie nawet przy gromadzeniu się tam mułu jest ona niewspółmiernie mniej wystawiona na promieniowanie płomienia i skąd muł można łatwo usunąć przez wstawione w dna komory odwodnienia
Intensywniejsze zasilanie w wodę tego ekranu w kotle OR16-110 zapewniają także większe przekroje rur poz. 12, gdzie łączny przekrój 8 tych rur o średnicy ø 108 wynosi 0,0528 m2, w porównaniu z przekrojem 0,0283 m2 10 rur ø 76 w kotle OR16-102, czyli dwa razy mniejszym. Ów mały ich przekrój w kotle OR16-102 w stosunku do przekroju pozostałych rur tego ekranu wynoszącego 0,0888 m2 był szczególnie niekorzystny przy doprowadzeniu całej wody do dolnej jego komory.
Duża średnica komory dolnej (ø 273) w kotle OR16-102, w stosunku do średnicy ø 159 zastosowanej w kotle OR16-110, z jednoczesnym doprowadzeniem do niej wody z obu końców, sprzyjała gromadzeniu się mułu w jej środkowej części niską prędkością przepływu wody wzdłuż niej w tym miejscu. Ze względu na dwukrotnie większą średnicę, jej powierzchnia odbierała również z komory paleniskowej dwa razy więcej ciepła, powiększając zarazem głębokość okien wylotu węgla z narzutników (patrz część 70).
4. Rozwiązanie zasilania ekranów bocznych i ekranu przedniego komory paleniskowej z kolektorów bocznych.
Kolektory boczne to podstawowa cecha wynalazku nr 82638. Pozwoliły one na prawidłowe zasilanie w wodę z dolnego walczaka ekranu przedniego i ekranów bocznych komory paleniskowej.
W kotle OR16-110 są one doprowadzone do obu końców górnej komory ekranu przedniego w obrębie okien wylotu węgla z narzutników, co spowodowało między innymi że są one całkowicie odpowietrzane. Ich zadaniem jest również uzupełnianie od przodu zasilania w wodę komór dolnych ekranów bocznych, dla uniknięcia nadmiernego wzdłużnego przepływu w nich wody, szczególnie w większych kotłach, mających odpowiednio dłuższe ruszty. Do tego celu służą w tym kotle rury łączące poz.10 o przekroju 0,0460 m2. Jest to połowa przekroju obu komór dolnych ekranów bocznych, wynoszącego 0,1006 m2 (poz. 3 Tabeli).
W kotle OR16-102 bezkrytycznie zastosowano rozwiązanie z koncepcji kotła, gdzie kolektory (poz. 3) doprowadzone były do dolnej komory ekranu przedniego, a uzupełnianie w wodę komór ekranów bocznych miało następować przez ich połączenie od przodu z komorą dolną ekranu przedniego. Przy późniejszej analizie przez inż. J. Kopydłowskiego konstrukcji kotła okazało się jednak, że takiego połączenia stosować nie należy, czego wyrazem było zrezygnowanie z niego już na rysunku opisu patentowego kotła, z dodaniem rur łączących poz. 10.
Powodem zrezygnowania z niego była konieczność połączenia z przodu komór dolnych ekranów bocznych elementami konstrukcji nośnej (patrz część 70), które w pracującym kotle pozostawały zimne, w odróżnieniu od wydłużającej się wtedy komory dolnej ekranu przedniego. Było ono również niekorzystne ze względu na większe wydłużanie się komór dolnych ekranów bocznych w stosunku do kolektorów, zwłaszcza przy rozpalaniu kotła, kiedy woda w walczakach była jeszcze zimna, a komory dolne nagrzewały się już intensywnie od rozpalającego się na ruszcie paliwa.
5. Rozwiązanie odprowadzenia do górnego walczaka mieszanki paro-wodnej z ekranu przedniego i ekranu tylnego komory paleniskowej.
W kotle OR16-110 w odprowadzeniu mieszanki wodnej z tych ekranów zachowane zostało rozwiązanie z koncepcji kotła, polegające na wprowadzeniu wszystkich rur obu ekranów (poz. 13 i poz. 14) bezpośrednio do górnego walczaka, bez stosowania komór górnych (zbiorczych) tych ekranów i rur odprowadzających łączących je z walczakiem. Takie rozwiązanie bardzo intensyfikuje cyrkulację wody w ekranach, ponieważ uwalnia kontur cyrkulacyjny od oporów przepływu mieszanki paro-wodnej powstających przy ich wlocie do komory górnej, krótkich przepływach wzdłuż tej komory oraz oporów przepływu w samych rurach odprowadzających.
W kotle OR16-102 zastosowano całkowicie nielogiczne technicznie rozwiązanie, w którym co drugą rurę ekranu przedniego i co drugą rurę ekranu tylnego wprowadzono bezpośrednio do górnego walczaka, natomiast pozostałe rury obu tych ekranów (połowę) wprowadzono do wspólnej komory górnej (zbiorczej), oznaczonej na Rys. 62 jako „komora zbiorcza”. Tym drugim rozwiązaniem przede wszystkim spowodowano połączenie wylotów mieszanki paro-wodnej z rur całkowicie różnych konturów cyrkulacyjnych, jeśli chodzi o opory przepływu w nich wody w rurach opadowych i mieszanki paro-wodnej w rurach ekranowych oraz ilość powstającej w nich pary.
Rurami opadowymi dla ekranu tylnego są wyłącznie pionowe rury parownika łączące walczak górny z dolnym, a jedynymi oporami przepływu występujące w jego pionowych rurach wznoszących. Tymi samymi rurami opadowymi doprowadzana jest również woda do rur ekranu przedniego. Nim jednak dotrze ona do jego komory dolnej, musi następnie kolejno przepłynąć rurami łączącymi poz. 8 o małym przekroju (patrz pkt 1), a następnie kolektorami bocznymi, z dławieniem jej przepływu na ich końcu (patrz pkt 4). Z komory dolnej ekranu mieszanka paro-wodna, już jako płynąca w rurach ekranowych, musi najpierw pokonać opory w rurach poz.12 o zmniejszonym przekroju (patrz pkt 3), a następnie opory w podstawowych rurach tego ekranu, które poza ich długością na ścianie przedniej komory paleniskowej, odpowiadającej całej długości rur ekranu tylnego, pokrywają dodatkowo strop komory paleniskowej. Długość rur na tym stropie, jako ułożonych poziomo nie daje przy tym żadnego wyporu, służącego pokonaniu oporów przepływu w całym konturze cyrkulacyjnym. Odcinek rur na tym stropie stwarza jedynie wysokie opory przepływu, z racji tego że udział pary w mieszance paro-wodnej jest w nich największy i przyrastający stopniowo aż do jej wlotu do wspólnej komory górnej.
W opisie projektu wynalazczego p.t. „Przedni ekran komory paleniskowej kotła OR16-102”, nr ewid. 13/74 z 22.04.1974 r., z powyższych powodów można przeczytać: „Wprowadzenie do komory pośredniej rur ekranu tylnego i rur ekranu przedniego komory paleniskowej pogarsza warunki cyrkulacji wody w tych ostatnich.”
6. Rozwiązanie odprowadzenia do górnego walczaka mieszanki paro-wodnej z ekranów bocznych komory paleniskowej.
W koncepcji kotła z 1966 r. ekrany boczne komory paleniskowej, w odróżnieniu od jej ekranu przedniego i tylnego, miały wszystkie trzy elementy konturu cyrkulacyjnego z książki prof. Teodora Wróblewskiego - poza rurami opadowymi i rurami ekranowymi - również rury odprowadzające, których obecność wymaga zastosowania w ekranie komory górnej.
Na rysunku koncepcji kotła z marca 1966 r. ta komora górna wprowadzona była jednym końcem do górnego walczaka, z jednoczesnym zastosowaniem rur odprowadzających z niej mieszankę paro-wodną, z ich wprowadzeniem do walczaka wzdłuż jego części cylindrycznej. Z każdej komory na jednej połowie walczaka wprowadzone były do niego w ten sposób trzy rury bez podania ich wymiaru, a ze skali rysunku wynika, że miały one średnicę przynajmniej ø 108, co daje łączny ich przekrój rzędu 0,0226 m2. W samej komorze na jej wlocie do walczaka miała być wstawiona zaślepka z otworem dławiącym wypływ z niej mieszanki paro-wodnej do niego. Przy założeniu, że wypływ przez kryzę byłby równy przepływowi przez jedną z trzech rur odprowadzających, a tylko tak można by to logicznie rozwiązać, odpowiadałoby to przepływowi jak przy przekroju rzędu 0,0300 m2.
Samo połączenie komór górnych z walczakiem w pierwotnym założeniu miało dać bardzo stabilną bryłę parownika kotła. Na czas wykonywania dokumentacji kotła OR16-110 inż. J. Kopydłowski miał już jednak świadomość, że nie jest to jednak dobre rozwiązanie jeśli chodzi o mogące powstawać z tego powodu niekorzystne naprężenia, zwłaszcza przy rozpalaniu kotła i jego stygnięciu, w związku z różnym odkształcaniem się wtedy górnego walczaka.
W kotle OR16-110 górne komory ekranów bocznych nie zostały z tego powodu połączone z górnym walczakiem, przy zachowaniu dla każdej tych samych trzech rur odprowadzających, jednak ze zwiększeniem ich średnicy do ø 159, co dało łączny ich przekrój do odprowadzenia mieszanki paro-wodnej wynoszący 0,0509 m2 (poz. 6 Tabeli) - bardzo korzystny bo wynoszący 49 % przekroju rur ekranowych - jeśli nie liczyć kilku rur wprowadzonych do komory z ekranu ściany bocznej pierwszego ciągu konwekcyjnego.
W kotle OR16-102 zastosowano jednak w całości rozwiązanie z koncepcji kotła, zmniejszając przy tym średnicę rur odprowadzających do zaledwie ø 89, co dało ich łączny przekrój również zaledwie 0,0155 m2 (poz. 6 Tabeli). W zamian za to nie wstawiono zaślepki do komory na jej połączeniu z walczakiem górnym, co spowodowało wypływ z nie wody do walczaka całym jej przekrojem wynoszącym 0,0471 m2, równym połowie przekroju wszystkich rur ekranu bocznego (poz. 5 Tabeli).
W wyniku tego prawie cała mieszanka paro-wodna została doprowadzona z ekranów bocznych do walczaka górnego w obrębie jego den, powodując całkowicie błędne wskazania poziomu wody w walczaku i czyniąc całkowicie niesprawnymi jego urządzenia wewnętrzne w tych obszarach walczaka, mające odseparować z niej parę.
W opisie projektu wynalazczego p. t. „ Osprzęt wewnętrzny górnego walczaka kotła OR16-102”, nr ewid. 7/75 z 23.02.1975 r. można przeczytać: „Osprzęt wewnętrzny górnego walczaka kotła decyduje o przebiegu procesu odseparowania pary z mieszanki paro-wodnej, a więc o czystości i stopniu suchości pary doprowadzanej do przegrzewacza. Zła praca osprzętu wewnętrznego odbija się bardzo ujemnie na pracy przegrzewacza pary, prowadząc do zarastania jego wężownic kamieniem kotłowym i w konsekwencji do przepalania jego rur, a w najlepszym przypadku zmusza do konieczności częstego wytrawiania kotła, jako że czyszczenia z kamienia wyłącznie samego przegrzewacza przeprowadzić nie można.”
Jest tam również opis tego osprzętu (Rys.64), w rozwiązaniu w oparciu o literaturę radziecką, z wykazaniem niektórych błędów popełnionych w kotle OR16-102 : „Zastosowane rozwiązanie osprzętu wewnętrznego opiera się na zasadzie równomiernego rozdzielenia pary z mieszanki paro-wodnej na całą szerokość zanurzonego po lustrem wody sita, przy jednoczesnym przepływie wody nad sitem w kierunku do tyłu walczaka, gdzie woda ta przedostaje się do dolnej przestrzeni walczaka.
Mimo, że literatura radziecka .... wyraźnie podaje na jakim poziomie powinno być umieszczone sito pod lustrem wody (50-75 mm poniżej N-W), przy czym górna wartość dotyczy niewątpliwie większych walczaków, sito zanurzone jest 100 mm poniżej poziomu N-W.
Chociaż literatura radziecka ... wyraźnie informuje w którym miejscu powinno następować doprowadzenie ... wody zasilającej, do czego należy ją wykorzystać i czego przy rozwiązaniu tego elementu należy przestrzegać, dotychczasowe rozwiązanie osprzętu wewnętrznego w tym zakresie stanowi zaprzeczenie wytycznych dla jego skonstruowania.
Rura zasilająca, usytuowana w dotychczasowym rozwiązaniu w osi walczaka, stanowi przegrodę dla przepływu wody nad sitem, prowadząc do jej spiętrzenia się w przedniej części walczaka, z wszystkimi związanymi z tym ujemnymi skutkami. Odsunięcie rury zasilającej od przedniej krawędzi sita osłabia efekt przemywania pary wodą zasilającą ... .
Te, i inne popełnione błędy w rozwiązaniu samego osprzętu wewnętrznego walczaka, były jednak niczym w stosunku do następującego stwierdzenia w opisie projektu wynalazczego:
„Mieszanka paro-wodna z każdego bocznego ekranu komory paleniskowej doprowadzana jest prawie w całości całym przekrojem górnej komory ekranu w sposób skoncentrowany w pobliżu den walczaka, co powoduje bardzo duże przeciążenie urządzeń separacyjnych w tym miejscu.”
Ten fakt w ogóle nie docierał jednak do świadomości wielu ludzi zajmujących się w latach 1975÷1976 kotłami OR16-102 w trakcie ich montażu i początkowej eksploatacji.
Tymczasem w normalnym działaniu wystarczyło nawet już w kotłach zmontowanych wstawić na połączeniu górnej komory ekranu bocznego z walczakiem zaślepkę z blachy, z bardzo łatwym dostępem w tym celu od wnętrza walczaka, a rury odprowadzające wymienić na rury o odpowiednio większej średnicy, sprowadzając w ten sposób doprowadzenie mieszanki paro-wodnej z ekranów bocznych komory paleniskowej do rozwiązania w kotle OR16-110 (Rys. 64b). Tego jednak w przypadku żadnego z 16 wyprodukowanych kotłów OR16-101 i OR6-102 nigdy nie dokonano. Bardzo łatwe było również przeniesienie rury zasilającej (porównaj Rys. 64a i Rys. 64b). O skutkach niedokonania tego, można dowiedzieć się z Załącznika I i z części 67 opowieści.
Trzeci komunikat nadzwyczajny.
o palenisku narzutowym, „które sprawdziło się jako wyjątek potwierdzający regułę, że tak nie jest”:
Za prawidłowo działające palenisko narzutowe eksploatowane przez siebie już przez wiele lat w kotle parowym typu OKR5 uważa Fabryka Wkładów Odzieżowych „CAMELA” w Wałbrzychu, ul. Cicha 5, dyrektor Michał Gaździński, tel. (074) 887.07.00.
Załączniki: Załączniki I do V. ( -) Jerzy Kopydłowski
Do wiadomości: 1. Raciborska Fabryka Kotłów „RAFAKO” ul. Łąkowa 31; 47-300 Racibórz 2. Sędziszowska Fabryka Kotłów „SEFAKO” ul. Przemysłowa 9; 28-340 Sędziszów 3. Fabryka Palenisk Mechanicznych ul. Towarowa 11; 43-190 Mikołów 4. Zakłady Urządzeń Kotłowych „Stąporków” ul. Górnicza 3; 26-220 Stąporków 5. Krajowa Agencja Poszanowania Energii ul. Mokotowska 35; 00-560 Warszawa 6. Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska ul. Powstańców 41 a; 40-024 Katowice
|
|
Z powodów podanych w części 1 opowieści.
Wcześniej w projekcie technicznym z 1967 r kotła OR16-101, kiedy inż. J. Kopydłowskiego nie dopuszczono nawet do udziału w posiedzeniu Głównej Rady Technicznej CBKK, zatwierdzającej ten projekt - to nie jest opowiadanie dowcipów.
Rozwiązania dla kotła OR16-110 i dla kotła OR16-102 w przekroju wzdłużnym kotła przedstawia dokładniej Rys. 54 w części 72 opowieści
Nie było napisane, że porywanie do przegrzewacza wraz z parą dużej ilości wody powoduje również szoki temperaturowe objawiające się raptownym ochładzaniem rur jego wężownic, powodującym powstawanie naprężeń, działających szczególnie szkodliwie na połączenia tych wężownic płaskownikami spinającymi oraz na ich zawieszenie.
W związku z treścią załącznika do części 51 opowieści.
3